分组交织

1. 意义

定义

分组交织又称矩阵交织或块交织，编码后的码字序列被按行填入一个大小为m× n 的矩阵，矩阵填满以后，再按列发出。同样，接收端的解交织器将接收到的信号按列填入m× n 的矩阵，填满后再按行读出，然后送往解码器进行正常解码。这样，信道中的连续突发错误被解交织器以m 个比特为周期进行分隔再送往解码器，如果这m 个错误比特处于信道编码的纠错能力范围内，则达到了消除错误突发的目的。

由于矩阵交织可能将某些周期性干扰变成突发错误，所以在有些通信系统中采用了矩阵交织的变体，称为随机交织。在随机交织中，编码序列填入矩阵的顺序由某种伪随机序列的值决定或直接由计算机搜索产生。这种交织技术对突发参数的易变性具有相当的适应性，但是其复杂度和设备费用也较高。

原理

经过（n0，k0，m）卷积码编码器输出的由n0比特组成的码字，被存储到一个（n0×i）即n0行i列的块交织矩阵中，其后按矩阵列的方法读取并输出序列。这样，n0个连续编码比特在读出串行序列中被（i-1）个比特相同成为离散编码比特分布。

假定由一些4bit组成的消息分组，把4个相继分组中的第一个比特取出来，并让这4个第一比特组成一个新的4bit组，称作第一帧，4个消息分组中的比特2～4也作同样处理，如图1所示。然后依次传送第1bit组成的帧，第 2bit组成的帧，……。如果在传输期间，帧2丢失，在没有交织时，就会丢失某一整个消息分组，在采用交织技术后，仅每个消息分组的第2bit丢失。如果所采用的纠错编码技术能将4个码中的一个错码纠正过来，则利用信道编码，仍能恢复全部分组中的消息，这就是交织技术的基本原理。交织就是把一个码块中的b 个比特分散到n个帧中，以改变比特间的邻近关系，因此n值越大，传输特性越好，但传输时延也越大。

图1 交织原理

GSM系统中的交织方式

在GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为数据块的内部交织，第二次交织为数据块之间的交织。

语音编码器和信道编码器将每一20ms语音数字化并进行信道编码，成为 456bit的一个数据块。第一次数据块的内部交织就是将顺序为1，2，3…，454，455，456的456bit分成8列，每列57bit，第一列的 57bit的顺序为1，9，…，441，449；第二列的57bit的顺序为2，10，…，442，450；…；第八列的57bit的顺序为 8，16，…，448，456。如图2所示。

图2 GSM 20ms语音编码交织(第一次)

每个常规突发脉冲共156.25位，其中1～3位和146～148位为尾比特；4～60位和89～145位为114位用户数据比特；61位和88位为标志比特；62～87位为训练比特。各比特的作用见21.3.2。

如果将同一20ms语音的两组57bit插入到同一常规突发脉冲序列中(见图3)，那么该突发脉冲序列丢失将会导致该20ms的语音损失25%的比特。显然信道编码难以恢复这么多丢失的比特。因此必须在两个语音数据块之间再进行一次交织，即块间交织。

图3 普通突发脉冲串

分成8列的每20ms一块456bit话音数据，数据块见图4所示。这些数据块在相继的突发脉冲中的交织方法如图5所示。图中每一行为一个常规突发脉冲序列。从上往下的第一到第四个常规突发脉冲序列中，两个57bit组位置分别插入数据块N－2和数据块N-1中的各4列57bit(插入时，数据块N－2的57bit占偶数比特位，数据块N－1的57bit占奇数比特位)；第五到第八个常规突发脉冲序列中，两个57bit组位置分别插入数据块N－1和数据块N中的各4列57bit；……；依次类推。这样，每个20ms的话音共 8×57bit分别插入8个不同的常规突发脉冲序列中，而每个突发脉冲序列中是相邻的两个数据块的数据。突发脉冲序列按从上往下的顺序发送。所以，即使在传输过程中丢失一个突发脉冲序列，只影响每一语音比特块的12.5%，而这能通过信道编码加以纠正。二次交织经得住丧失一整个突发脉冲序列的打击，但增加了系统时延。因此，在GSM系统中，在移动台和中继电路上增加了回波抵消器，以改善由于时延而引起的通话回音。

图4 第一次交织后的各数据块

图5 二次交织(每一行为一个突发脉冲序列)

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